JP5683598B2 - Improved diesel oxidation catalyst - Google Patents
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本発明は、ディーゼルエンジンからの排気ガスを浄化するための触媒、特に、粒子フィルタ及び/又は窒素酸化物還元触媒のような更なる排気ガス浄化ユニットが大型車両の下流に設置されているときに当該車両からの排気ガスを浄化するのに特に適した酸化触媒に関する。 The invention relates to a catalyst for purifying exhaust gas from a diesel engine, in particular when a further exhaust gas purification unit such as a particle filter and / or a nitrogen oxide reduction catalyst is installed downstream of a large vehicle. The present invention relates to an oxidation catalyst particularly suitable for purifying exhaust gas from the vehicle.
ディーゼルエンジンからの粗排気ガスは、15容積%までの比較的高い酸素含有量に加えて、一酸化炭素CO、炭化水素HC及び窒素酸化物NOXを含有する。さらに、粗排気ガスには、主としてすす及び場合により有機凝集物からなり、シリンダ内での部分的に不完全な燃料の燃焼から生ずる粒子の放出が含まれる。汚染ガスの一酸化炭素及び炭化水素は、適当な酸化触媒上で酸化することによって、容易に非汚染状態にすることができる。粒子の放出を除去するには、触媒活性コーティングを備えた又は備えていないディーゼル粒子フィルタが適当な装置である。窒素酸化物を窒素に還元(排気ガスからの「NOX除去」)するのは、酸素含有量が高いので困難である。公知の方法は、略してSCR触媒として知られる適当な触媒上での窒素酸化物の選択触媒還元(SCR)である。この方法は、現在のところ、ディーゼルエンジンの排気ガスからNOXを除去するのに好ましい。排気ガス中に存在する窒素酸化物は、SCR法では、外部源から排気ガスシステムに導入された還元剤を利用して低減される。還元剤として好ましくは、アンモニア又はアンモニアを放出する化合物、例えば尿素又はカルバミン酸アンモニウムが使用される。場合により前駆化合物からその場で生成されるアンモニアは、SCR触媒上において均化反応で排気ガス中の窒素酸化物と反応して、窒素と水を形成する。 Crude exhaust gas from diesel engines contains carbon monoxide CO, hydrocarbons HC and nitrogen oxides NO X in addition to relatively high oxygen content up to 15% by volume. In addition, the crude exhaust gas includes the release of particles mainly consisting of soot and possibly organic agglomerates, resulting from partially incomplete combustion of fuel in the cylinder. The polluted gas carbon monoxide and hydrocarbons can be easily rendered non-polluting by oxidation over a suitable oxidation catalyst. To remove particulate emissions, a diesel particulate filter with or without a catalytically active coating is a suitable device. It is difficult to reduce nitrogen oxides to nitrogen (“NO X removal from exhaust gas”) due to the high oxygen content. A known method is the selective catalytic reduction (SCR) of nitrogen oxides over a suitable catalyst known as SCR catalyst for short. This method is currently preferred for removing NO x from diesel engine exhaust. In the SCR method, nitrogen oxides present in the exhaust gas are reduced by using a reducing agent introduced into the exhaust gas system from an external source. Preferably, ammonia or a compound that releases ammonia, such as urea or ammonium carbamate, is used as the reducing agent. In some cases, ammonia generated in situ from the precursor compound reacts with nitrogen oxides in the exhaust gas by a leveling reaction on the SCR catalyst to form nitrogen and water.
ディーゼル車両に関して将来的に欧州、北米及び日本において適用される法的な排気ガス限界値を遵守するには、種々の排気ガス浄化ユニットを組み合わせることが必要不可欠である。このような排気ガス浄化システムは既に提案されており、目下、多くの車種(乗用車両及び大型車両)に対する量産を求めて試験され又は準備されている。 Combining various exhaust gas purification units is indispensable in order to comply with legal exhaust gas limits that will apply in Europe, North America and Japan in the future for diesel vehicles. Such exhaust gas purification systems have already been proposed and are currently being tested or prepared for mass production for many vehicle types (passenger vehicles and large vehicles).
かくして、欧州特許第1054722号明細書(特許文献1)は、NOX及び粒子を含有するディーゼル排気ガスを処理するためのシステムを記載しており、ここでは酸化触媒が、粒子フィルタの前方に設置されている。還元剤源及び還元剤とSCR触媒のための計量装置が、粒子フィルタの下流に配置されている。米国特許第6,928,806号明細書(特許文献2)もまた、ディーゼルエンジンの排気ガスから窒素酸化物及び粒子を除去するためのシステムを記載している。ここでは、SCR触媒が、上述の還元剤の導入とともに、酸化触媒の下流にまず装備される。ディーゼル粒子フィルタがSCR触媒の下流に置かれる。 Thus, EP 1054722 describes a system for treating diesel exhaust containing NO x and particles, in which an oxidation catalyst is installed in front of the particle filter. Has been. A reducing agent source and a metering device for the reducing agent and the SCR catalyst are located downstream of the particle filter. US Pat. No. 6,928,806 also describes a system for removing nitrogen oxides and particles from diesel engine exhaust. Here, the SCR catalyst is first installed downstream of the oxidation catalyst together with the introduction of the reducing agent described above. A diesel particle filter is placed downstream of the SCR catalyst.
このような組み合わせ式システムでは、上流の酸化触媒は、特別な要件に適合しなければならない。酸化触媒上で起こる反応は、極めて最適な排気ガス浄化結果が下流のユニットでも得ることができるように、排気ガスを処理することを意図している。例えば、最適なNO/NO2比がSCR触媒への入口のところで優勢であるとき、SCR触媒が窒素酸化物の最良の変換度を示すことが考慮されなければならない。この最適なNO/NO2比は、現在知られている全てのSCR触媒では約1である。排気ガス中に存在するNOXがNOとNO2のみからなる場合には、最適なNO2/NOX比は、0.3から0.7までの範囲、好ましくは0.4から0.6までの範囲、特に好ましくは0.5である。この比が米国特許第6,928,806号明細書(特許文献2)に記載されるようなシステムで達成されるか否かは、排気ガスの温度、従ってエンジンの運転状態及び酸化触媒の活性で決まる。欧州特許第1054722号明細書(特許文献1)に記載されるようなシステムでは、別の影響を及ぼすパラメータは、酸化触媒の下流に置かれたディーゼル粒子フィルタの構成とすすの負荷である。これは、NO2によるすすの酸化が、CO及びCO2に加えて、主としてNOを形成するからである。 In such a combined system, the upstream oxidation catalyst must meet special requirements. The reaction that takes place on the oxidation catalyst is intended to treat the exhaust gas so that a very optimal exhaust gas purification result can be obtained also in the downstream unit. For example, it must be taken into account that when the optimal NO / NO 2 ratio prevails at the inlet to the SCR catalyst, the SCR catalyst exhibits the best degree of conversion of nitrogen oxides. This optimal NO / NO 2 ratio is about 1 for all currently known SCR catalysts. When the NO X present in the exhaust gas is composed only of NO and NO 2, the optimum NO 2 / NO X ratio in the range from 0.3 to 0.7, preferably from 0.4 0.6 Up to a range of 0.5, particularly preferably 0.5. Whether this ratio is achieved in a system such as that described in US Pat. No. 6,928,806 is related to exhaust gas temperature, and therefore engine operating conditions and oxidation catalyst activity. Determined by. In a system such as that described in EP 1054722, another influential parameter is the diesel particulate filter configuration and soot load placed downstream of the oxidation catalyst. This is because the oxidation of soot by NO 2 mainly forms NO in addition to CO and CO 2 .
組み合わせ式システムにおいて酸化触媒が適合しなければならない別の重要な要件は、下流のディーゼル粒子フィルタを時々再生させなければならないという要件から生ずる。大部分のシステムにおいて、粒子が運転時間にわたってフィルタに付着し、これらを、酸素又はNO2によってその場で即ち運転中に、フィルタ内に導入されたのと同じ程度まで燃焼させることができない。この結果、フィルタにおいて排気ガスの逆圧力が増加することとなる。所定の閾値に到達すると、活性粒子フィルタの再生が引き起こされる。即ち、触媒作用で低減しているかもしれない、すすの着火温度を超過させるために、そしてフィルタに付着したすすを酸素によって燃焼させてCO2を形成するために、粒子フィルタがより高い温度レベルまで加熱される。再生段階の開始時に粒子フィルタを加熱するための種々の方策がある。確立された方策には、ピストンの排気行程の際におけるシリンダの燃焼チャンバへの燃料の噴射、又は排気ガスシステム内への二次噴射として含まれる。噴射された燃料は、酸化触媒上において触媒作用で燃焼され、放出された反応熱は、排気ガスに導入され、下流の粒子フィルタをすすの着火温度以上の温度に加熱するのに利用される。 Another important requirement that the oxidation catalyst must meet in a combined system arises from the requirement that the downstream diesel particulate filter must be regenerated from time to time. In most systems, to adhere to the filter over a particle operating time, they, in oxygen or situ i.e. driven by NO 2, it is impossible to burn to the same extent as has been introduced into the filter. As a result, the reverse pressure of the exhaust gas increases in the filter. When the predetermined threshold is reached, regeneration of the active particle filter is triggered. That is, the particulate filter has a higher temperature level to exceed the soot ignition temperature, which may have been reduced by catalysis, and to burn the soot adhering to the filter with oxygen to form CO 2. Until heated. There are various strategies for heating the particle filter at the start of the regeneration phase. Established strategies include fuel injection into the cylinder combustion chamber during the piston exhaust stroke, or secondary injection into the exhaust gas system. The injected fuel is catalytically combusted on the oxidation catalyst, and the released reaction heat is introduced into the exhaust gas and used to heat the downstream particle filter to a temperature equal to or higher than the soot ignition temperature.
従って、粒子フィルタ及びSCR触媒を有する組み合わせ式システムでは、上流の酸化触媒は、長期の高い熱的安定性、硫黄含有化合物(特にSOX)に対する良好な耐毒性、及び理想的な低着火温度(ライトオフ温度)での非常に高いCO及びHC変換のような通常の要件のみならず、以下の2つの付加的な要件にも適合しなければならない。即ち、
1.NOの酸化度は、下流のSCR触媒に十分に良好に適合しなければならない。即ち、酸化触媒上で生成されたNO2/NOX比は、理想的には約0.5又はそれを超えるものとすべきである。
2.酸化触媒は、下流の粒子フィルタに対して「加熱触媒」として良好に適応しなければならない。即ち、極めて多量の未燃焼炭化水素を、酸化反応を中止することなく短時間で酸化させることができなければならない。未燃焼炭化水素の変換は、できるだけ完全でなければならない。これは、酸化触媒を経てさらに下流に置かれたSCR触媒への未燃焼炭化水素のブレークスルーが、SCR触媒の触媒作用を阻害することがあるからである。さらに、排気ガスシステムの終端での未燃焼炭化水素のブレークスルーによって、法的な限界値が遵守されない事態となることがある。酸化触媒上での燃料の燃焼は、理想的には低い排気ガス温度(180℃〜250℃)で「着火」しなければならない。
概して、酸化触媒はまた、非常に低い排気ガス温度でさえも、極めて高いHC変換を示し、HC変換は、ライトオフ温度に到達した後に、理想的には極めて迅速に最大値まで増加すべきである。さらに、触媒は、その活性が炭化水素の放熱燃焼の際に解放された反応熱によって過剰に損なわれない程にエージング安定性を有しなければならない。以下、これらの性能要件を要約して「ヒートアップ性能」と呼ぶ。
Thus, in a combined system with a particle filter and an SCR catalyst, the upstream oxidation catalyst provides long-term high thermal stability, good toxicity to sulfur-containing compounds (especially SO x ), and an ideal low ignition temperature ( Not only the usual requirements such as very high CO and HC conversion at the light-off temperature) but also the following two additional requirements must be met. That is,
1. The degree of oxidation of NO must be well matched to the downstream SCR catalyst. That is, the NO 2 / NO X ratio produced on the oxidation catalyst should ideally be about 0.5 or above.
2. The oxidation catalyst must be well adapted as a “heating catalyst” for the downstream particle filter. That is, it must be possible to oxidize very large amounts of unburned hydrocarbons in a short time without stopping the oxidation reaction. The conversion of unburned hydrocarbons should be as complete as possible. This is because breakthrough of unburned hydrocarbons to the SCR catalyst placed further downstream through the oxidation catalyst may inhibit the catalytic action of the SCR catalyst. In addition, break-through of unburned hydrocarbons at the end of the exhaust gas system can lead to situations where legal limits are not observed. The combustion of fuel on the oxidation catalyst should ideally “ignite” at low exhaust gas temperatures (180 ° C. to 250 ° C.).
In general, the oxidation catalyst also exhibits very high HC conversion, even at very low exhaust gas temperatures, and HC conversion should ideally increase to a maximum value very quickly after reaching the light-off temperature. is there. Furthermore, the catalyst must have aging stability so that its activity is not excessively impaired by the heat of reaction released during the exothermic combustion of hydrocarbons. Hereinafter, these performance requirements are summarized and referred to as “heat-up performance”.
さらに、ディーゼル車両の排気ガスを浄化するための組み合わせ式システムにおける触媒の使用について、例えば、路線バスのような大型商用車両、廃棄物処理車両、建設機械又は農業機械が多くの場合、ディーゼル乗用車とは基本的に異なる運転条件の下で使用されることを考慮しなければならない。この結果、異なる排気ガスの特性は、排気ガス温度がかなり低く、排気ガスの組成が異なるものとなる。かくして、ディーゼル乗用車の排気ガスと比較して、粗排気ガス中の窒素酸化物含有量は著しく少ないが、粒子の放出の割合は、かなり増加するかもしれない。上流の酸化触媒の性能は、このような排気ガスの特性に合致しなければならない。 Furthermore, the use of the catalyst in a combined system for purifying exhaust gas from diesel vehicles, for example, large commercial vehicles such as route buses, waste disposal vehicles, construction machinery or agricultural machinery, often with diesel passenger vehicles Must be considered to be used under basically different operating conditions. As a result, the characteristics of the different exhaust gases are such that the exhaust gas temperature is quite low and the composition of the exhaust gas is different. Thus, although the nitrogen oxide content in the crude exhaust gas is significantly less compared to the exhaust gas of a diesel passenger car, the rate of particle emission may increase considerably. The performance of the upstream oxidation catalyst must match the characteristics of such exhaust gases.
従来の酸化触媒は、上述の要件、特に大型商用車両からの排気ガスを浄化するための組み合わせ式システムに使用する要件に適合することができない。 Conventional oxidation catalysts cannot meet the above requirements, particularly those used in combination systems for purifying exhaust gases from heavy commercial vehicles.
かくして、例えば、本出願人による欧州特許第0800856号明細書(特許文献3)は、Na+又はH+の形態中に存在する1つ又はそれ以上のゼオライトと、更に珪酸アルミニウム(二酸化珪素/酸化アルミニウムの重量比=0.005対1)、酸化アルミニウム、及び酸化チタン、及び少なくとも1つの白金族金属の中から選択される1つ又はそれ以上の金属酸化物とからなるディーゼル用酸化触媒を記載している。白金族金属が付加的な金属酸化物上にのみ付着される触媒は、特に200℃未満の温度で排気ガス中の難酸化性の長鎖パラフィンを酸化させることができる。しかしながら、この反応は、低温ではあまりにも緩慢であり十分に完了しないので、触媒が下流のフィルタの活性再生のため加熱触媒として使用されるときに、未燃焼炭化水素のブレークスルーが生ずる。この触媒は、NOの酸化活性が不十分であるので、SCR触媒を備えた組み合わせ式システムに使用するのにも適当ではない。 Thus, for example, European Patent No. 0800856 by the present applicant (Patent Document 3) describes one or more zeolites present in the form of Na + or H + and further aluminum silicate (silicon dioxide / oxide). A diesel oxidation catalyst comprising a weight ratio of aluminum = 0.005 to 1), aluminum oxide, and titanium oxide, and one or more metal oxides selected from at least one platinum group metal is described. doing. Catalysts in which platinum group metals are deposited only on additional metal oxides can oxidize refractory long-chain paraffins in the exhaust gas, especially at temperatures below 200 ° C. However, this reaction is too slow at low temperatures and does not complete well, so breakthrough of unburned hydrocarbons occurs when the catalyst is used as a heated catalyst for active regeneration of the downstream filter. This catalyst is also not suitable for use in a combined system with an SCR catalyst because of its insufficient NO oxidation activity.
本出願人による欧州特許第1370357号明細書(特許文献4)は、セラミック又は金属で構成された不活性ハニカム体上における触媒活性コーティングで構成された触媒を記載している。コーティングは、二酸化珪素を主成分とし、大きな多孔性を有する超微粒子状酸化物支持材料上に、白金族金属の白金、パラジウム、ロジウム及びイリジウムのうち少なくとも1つを含む。支持材料は、平均粒径が7nm〜60nmの範囲内の実質的に球形の一次粒子の凝集物を含む。この触媒は、良好な耐熱エージング性と、含硫排気ガス成分(特にSOX)によって作用が弱められることが減少する傾向を示す。しかしながら、この触媒は、SCR触媒を備えた組み合わせ式システム用に十分なNO酸化活性を示さないし、満足すべきヒートアップ性能も示さない。 EP 1370357 by the present applicant describes a catalyst composed of a catalytically active coating on an inert honeycomb body composed of ceramic or metal. The coating contains at least one of platinum group metals platinum, palladium, rhodium and iridium on an ultrafine oxide support material mainly composed of silicon dioxide and having a large porosity. The support material comprises aggregates of substantially spherical primary particles having an average particle size in the range of 7 nm to 60 nm. This catalyst shows a good heat aging resistance and a tendency to decrease that its action is weakened by the sulfur-containing exhaust gas component (especially SO x ). However, this catalyst does not show sufficient NO oxidation activity for a combined system with an SCR catalyst and does not show satisfactory heat-up performance.
上述のように、大部分のディーゼル用酸化触媒は、均一に構成された機能的コーティングのみを含有する。例えば、火花点火機関からの排気ガスを浄化するための三元触媒として知られるような、異なる組成の2つの機能的コーティングを有する触媒は、ディーゼル用酸化触媒の場合には稀となりがちである。米国特許出願公開第2008/0045045号明細書(特許文献5)は、このようなディーゼル用酸化触媒を記載している。この中で、白金及び/又はパラジウムを含み、二酸化珪素を実質的に含まない高表面積の支持材料を含有する底層(「底ウオッシュコート層」)又は下流帯域(「下流ウオッシュコート層」)が、支持基体に塗布される。この底層又は下流帯域は、HC吸蔵部分(例えばゼオライト)を全く含有しない。高表面積の支持材料と、白金及び/又はパラジウムと、更にHC吸蔵材料とを同様に含有する頂層(「頂ウオッシュコート層」)又は上流帯域(「上流ウオッシュコート層」)が、底層又は下流帯域の上流に塗布される。触媒の頂層(又は上流帯域)におけるPt:Pdの重量比は、底層(又は下流帯域)におけるPt:Pdの重量比よりも大きい。触媒の頂層(上流帯域)は、耐硫黄性とパラフィンの酸化に関して最適にされ、底層(下流帯域)は、熱水安定性に関して最適にされる。しかしながら、耐硫黄性に関して最適にされ、従って酸性である被覆層を有するこの触媒は、十分なNO酸化活性を示さない。 As mentioned above, most diesel oxidation catalysts contain only a uniformly structured functional coating. For example, a catalyst having two functional coatings of different compositions, such as known as a three-way catalyst for purifying exhaust gas from a spark ignition engine, tends to be rare in the case of diesel oxidation catalysts. US Patent Application Publication No. 2008/0045045 (Patent Document 5) describes such an oxidation catalyst for diesel. Among these, a bottom layer (“bottom washcoat layer”) or downstream zone (“downstream washcoat layer”) containing a high surface area support material comprising platinum and / or palladium and substantially free of silicon dioxide, It is applied to a support substrate. This bottom layer or downstream zone does not contain any HC storage portion (eg zeolite). A top layer (“top washcoat layer”) or upstream zone (“upstream washcoat layer”) containing a high surface area support material, platinum and / or palladium, and also an HC storage material is the bottom layer or downstream zone. It is applied upstream. The weight ratio of Pt: Pd in the top layer (or upstream zone) of the catalyst is greater than the weight ratio of Pt: Pd in the bottom layer (or downstream zone). The top layer (upstream zone) of the catalyst is optimized for sulfur resistance and paraffin oxidation and the bottom layer (downstream zone) is optimized for hydrothermal stability. However, this catalyst with a coating layer that is optimized with respect to sulfur resistance and is therefore acidic does not exhibit sufficient NO oxidation activity.
本発明の目的は、還元剤の噴射とともに、粒子フィルタと、SCR触媒とを含む、組み合わせ式システムに使用するのに適した、ディーゼルエンジンの排気ガス、特に大型商用車両の排気ガスを浄化するための酸化触媒を提供することであり、この酸化触媒は、従来技術で知られた酸化触媒よりも良好に上述の要件に適合する。 It is an object of the present invention to purify diesel engine exhaust gas, particularly heavy commercial vehicle exhaust gas, suitable for use in a combined system that includes a particulate filter and an SCR catalyst along with reducing agent injection. The oxidation catalyst meets the above requirements better than the oxidation catalysts known in the prior art.
この目的は、支持体と、異なる組成を有し、一方のみが流出する排気ガスと直接接触する2つの触媒活性コーティングとを含む、ディーゼルエンジンの排気ガスを浄化するための触媒によって達成される。両方のコーティングは、白金族金属の白金(Pt)及びパラジウム(Pd)を触媒活性成分として含有し、流出する排気ガスと直接接触するコーティングが、PdよりもPtをより多く含有する。この触媒は、流出する排気ガスと直接接触するコーティングが、流出する排気ガスと直接接触しないコーティングよりも、より多くの量の全白金族金属を含有することを特徴としている。 This object is achieved by a catalyst for purifying diesel engine exhaust gas comprising a support and two catalytically active coatings having different compositions and only one of which is in direct contact with the exhaust gas flowing out. Both coatings contain the platinum group metals platinum (Pt) and palladium (Pd) as catalytically active components, and the coating that is in direct contact with the effluent exhaust gas contains more Pt than Pd. The catalyst is characterized in that the coating in direct contact with the effluent exhaust gas contains a greater amount of all platinum group metals than the coating not in direct contact with the effluent exhaust gas.
本発明の触媒中に存在するコーティングは、異なる機能を果たす。かくして、流出する排気ガスと直接接触するコーティングは、HC成分及びCO成分に対して、特にNO成分に対して優れた酸化活性を有する。全貴金属含有量が増加した層と高Pt:Pd重量比との組み合わせが、流出する排気ガスと直接接触するコーティングの酸化力を、全貴金属含有量が少なく、流出する排気ガスと直接接触しないコーティングの酸化力よりも、著しく大きくする。その結果、本発明の触媒は、事実上完全なCOとHCの変換を示す他、下流の粒子フィルタの活性再生とは無関係に、「正常運転段階」の際にNO2の優れた形成度を示す。組み合わせ式システムの下流に置かれる排気ガス浄化構成要素の粒子フィルタ及びSCR触媒に関して、これは、2つの利点を有する。即ち、排気ガスのNO2含有量の増加の結果として、酸化されてその場で(即ち、正常運転の際に付加的な加熱手段の増加なしに)燃え尽きることができるフィルタ上に付着した粒子の割合は、増加する。従って、フィルタにおけるすす粒子の「フィルタケーク」の形成、かくしてフィルタ上における排気ガスの逆圧力の増加が弱められる。フィルタは、再生の頻度が少なくなる。さらに、正常運転の際の本発明の触媒上におけるNO2の優れた形成度は、下流のSCR触媒への入口でのNO2/NOX比が0.3〜0.7の範囲内になることを保証する。その結果、低温(180℃〜250℃)時でさえもSCR触媒上においてNOXの優れた変換度が可能になる。 The coating present in the catalyst of the present invention performs different functions. Thus, the coating that is in direct contact with the flowing exhaust gas has an excellent oxidizing activity for HC and CO components, especially for NO components. A combination of a layer with an increased total precious metal content and a high Pt: Pd weight ratio reduces the oxidizing power of the coating that is in direct contact with the exhaust gas flowing out, and the coating with a low total precious metal content and not in direct contact with the exhaust gas exhausting. It is significantly larger than the oxidizing power of. As a result, the catalyst of the present invention shows virtually complete conversion of CO and HC, and has an excellent NO 2 formation rate during the “normal operation stage”, irrespective of the active regeneration of the downstream particle filter. Show. With respect to the particulate filter and SCR catalyst of the exhaust gas purification component placed downstream of the combined system, this has two advantages. That is, as a result of an increase in the NO 2 content of the exhaust gas, particles adhering to the filter that are oxidized and can be burned out in situ (ie, without additional heating means during normal operation). The rate increases. Thus, the formation of soot particle “filter cake” in the filter and thus the increase in the back pressure of the exhaust gas on the filter is reduced. The filter is less frequently played back. Furthermore, the excellent degree of formation of NO 2 on the catalyst of the present invention during normal operation has a NO 2 / NO X ratio at the inlet to the downstream SCR catalyst in the range of 0.3 to 0.7. Guarantee that. As a result, an excellent degree of conversion of NO x on the SCR catalyst is possible even at low temperatures (180 ° C. to 250 ° C.).
流出する排気ガスと直接接触するコーティングは好ましくは、流出する排気ガスと直接接触しないコーティングの1.2倍から2倍の白金族金属を含有する。本発明の触媒の好ましい実施形態では、触媒中に存在する全貴金属のうち55重量%〜80重量%、特に好ましくは55重量%〜70重量%、理想的には57重量%〜60重量%が、流出する排気ガスと直接接触するコーティング中にある。さらに、コーティングのPt:Pdの重量比は、好ましくは6:1に等しいか又はそれを上回る。Pt:Pdの重量比は、特に好ましくは6:1〜20:1、特に極めて好ましくは6:1〜10:1の範囲内にあり、理想的には7:1である。その時、流出する排気ガスと直接接触するコーティングの酸化力は、使用しなければならない貴金属の全量を過度に多くせずに、特に高価な貴金属の白金の量をそれほど多くせずに、NO2の所要の形成度に非常に良く合致する。 The coating that is in direct contact with the effluent exhaust gas preferably contains 1.2 to 2 times as much platinum group metal as the coating that is not in direct contact with the effluent exhaust gas. In a preferred embodiment of the catalyst of the present invention, 55% to 80% by weight, particularly preferably 55% to 70% by weight, ideally 57% to 60% by weight of the total noble metal present in the catalyst. In the coating, which is in direct contact with the effluent exhaust gas. Furthermore, the Pt: Pd weight ratio of the coating is preferably equal to or greater than 6: 1. The weight ratio of Pt: Pd is particularly preferably in the range 6: 1 to 20: 1, very particularly preferably in the range 6: 1 to 10: 1, ideally 7: 1. At that time, oxidizing power of the coating which directly contacts the exhaust gas flowing out, without unduly increasing the total amount of the noble metal must be used, without much increasing the amount of platinum particularly expensive noble metal, the NO 2 It matches the required degree of formation very well.
流出する排気ガスと直接接触しない第2コーティングは、より少量の全貴金属量を含有し、Pt:Pdの重量比が著しく小さく、即ち、パラジウムの相対的な量が著しく大きい。流出する排気ガスと直接接触しないこのコーティングのPt:Pdの重量比は、好ましくは1:4〜2:1、特に好ましくは1:2〜1:1である。それは、下流の粒子フィルタの活性再生の際の「ヒートアップ」の機能を呈し、(上述のような)非常に良好なヒートアップ性能を示す。 The second coating that is not in direct contact with the effluent exhaust gas contains a lower amount of total precious metal and has a significantly lower Pt: Pd weight ratio, i.e., a significantly higher relative amount of palladium. The Pt: Pd weight ratio of this coating which is not in direct contact with the effluent exhaust gas is preferably 1: 4 to 2: 1, particularly preferably 1: 2 to 1: 1. It exhibits a “heat up” function during active regeneration of the downstream particle filter and exhibits very good heat up performance (as described above).
従って、一般にHCの変換、特にヒートアップ性能を支援するため、本発明の触媒の特に好ましい実施形態は、流出する排気ガスと直接接触しないコーティング中に、ベータ型ゼオライト、X型ゼオライト、Y型ゼオライト、モルデナイト、及びZSM−5ゼオライトからなる群から選択される1つ又はそれ以上のゼオライト化合物を含有する。これらのゼオライトは、ディーゼル排気ガス中に生ずる炭化水素に関して吸蔵作用を示す。流出する排気ガスと直接接触しないコーティング中におけるHC吸蔵ゼオライトの存在は、例えば、コールドスタート段階の際に又はその量の結果として活性フィルタ再生のための「ヒートアップ」段階の際にゼオライトに組み込まれ、適当な運転条件下における時間的に後の時点でHC吸蔵から再び解放される炭化水素が、強制流により、流出する排気ガスと直接接触し、貴金属を多量に含有するコーティングを通過しなければならないという利点を有する。このことは、これらの炭化水素ができるだけ完全にCO2と水に変換されることを保証する。これは、流出する排気ガスと接触するコーティングが、上述のように、より大きな酸化力を有するコーティングであるからである。その結果、全駆動サイクルにわたる良好なHC変換性能が、HC吸蔵ゼオライト化合物が存在せず、触媒が流出する排気ガスと接触するコーティングに配列されている従来技術の触媒におけるよりも、本発明の触媒の適当な実施形態において達成される。 Thus, in order to generally support HC conversion, particularly heat-up performance, a particularly preferred embodiment of the catalyst of the present invention is a beta-type zeolite, an X-type zeolite, a Y-type zeolite in a coating that is not in direct contact with the effluent exhaust gas. , Mordenite, and one or more zeolite compounds selected from the group consisting of ZSM-5 zeolite. These zeolites have a storage effect on the hydrocarbons produced in diesel exhaust. The presence of HC occluded zeolite in the coating that is not in direct contact with the effluent exhaust gas is incorporated into the zeolite, for example, during the cold start stage or as a result of its amount during the "heat up" stage for active filter regeneration. The hydrocarbons released again from the HC occlusion at a later point in time under suitable operating conditions must come into direct contact with the exhaust gas flowing out by forced flow and pass through a coating containing a large amount of noble metal. Has the advantage of not. This ensures that these hydrocarbons are converted to CO 2 and water as completely as possible. This is because the coating in contact with the exhaust gas flowing out is a coating having a greater oxidizing power as described above. As a result, the catalyst of the present invention has better HC conversion performance over the entire driving cycle than in prior art catalysts where no HC storage zeolite compound is present and the catalyst is arranged in contact with the exhaust gas from which it exits. This is achieved in any suitable embodiment.
本発明者の発見によれば、2つの層の組み合わせは初めて、酸化触媒が経済的に実行可能な全貴金属含有量で組み合わせ式システムに適合することとなる全ての要件に適合することができる酸化触媒を提供することを可能にする。触媒の異なる運転状態において生ずるNOの酸化とヒートアップ性能の2つの技術的な効果は、本発明者の発見によれば、コーティングの三次元配列が堅持されているとき、即ち、貴金属を多量に含有し、白金を多量に含有し、より大きな酸化力を有するコーティングが流出する排気ガスと直接接触しているときにのみ、十分に効果的になることができる。 According to the inventor's discovery, the combination of the two layers is the first time that an oxidation catalyst can meet all requirements that would make it compatible with a combined system at all economically viable noble metal contents. It makes it possible to provide a catalyst. The two technical effects of NO oxidation and heat-up performance that occur in different operating conditions of the catalyst are, according to the inventor's discovery, that when the three-dimensional array of coatings is maintained, It can only be sufficiently effective when it is in direct contact with the exhaust gas that contains and contains a large amount of platinum and has a greater oxidizing power.
本発明の触媒の好ましい実施形態では、白金及び/又はパラジウムが、2つの層において、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム及び/又は酸化チタンでドープされた酸化アルミニウム又はアルミニウム珪素混合酸化物からなる群から選択される1つ又はそれ以上の高融点、高表面積支持酸化物に塗布される。適当なコーティング懸濁液を生成するため、選択された支持酸化物は、水に懸濁される。白金とパラジウムが、攪拌し、必要に応じてPHの設定及び/又は補助試薬の付加によって支持材料に固定しつつ、硝酸パラジウム又はヘキサヒドロキシ白金酸のような適当な水溶性の前駆体化合物の形態で懸濁液に加えられる。適当な前駆体化合物及び補助試薬は、当業者には公知である。次いで、このようにして得られた懸濁液はかきまぜられ、従来のコーティング法の1つによって不活性支持体に加えられる。各コーティング工程の後、コーティングされた部分は熱風流で乾燥され、必要に応じて焼成が実施される。触媒活性コーティング用の支持体として、本発明の触媒を製造するためのセラミック又は金属の通気ハニカム体を使用するのが有利である。 In a preferred embodiment of the catalyst of the invention, platinum and / or palladium is selected from the group consisting of aluminum oxide or aluminum silicon mixed oxide doped with aluminum oxide, zirconium oxide and / or titanium oxide in two layers. Applied to one or more high melting point, high surface area supporting oxides. The selected support oxide is suspended in water to produce a suitable coating suspension. In the form of a suitable water-soluble precursor compound such as palladium nitrate or hexahydroxyplatinic acid, while platinum and palladium are agitated and fixed to the support material by setting the pH and / or adding auxiliary reagents as necessary To be added to the suspension. Suitable precursor compounds and auxiliary reagents are known to those skilled in the art. The suspension thus obtained is then agitated and added to the inert support by one of the conventional coating methods. After each coating step, the coated part is dried with a stream of hot air and baked if necessary. As a support for the catalytically active coating, it is advantageous to use ceramic or metal vented honeycomb bodies for producing the catalyst of the invention.
支持体上のコーティングについて種々の可能な構成がある。図1は、好ましい実施形態を示している。 There are various possible configurations for the coating on the support. FIG. 1 shows a preferred embodiment.
流出する排気ガスと直接接触しない触媒活性コーティング(2)は、好ましくは、図1b)に示されるように、通気ハニカム体に直接塗布され、構成要素の長さ全体にわたって延びており、排気ガスの側が構成要素の長さ全体にわたって、流出する排気ガスと直接接触するコーティング(1)によって被覆されている。これは、2層触媒即ち「層触媒」を形成し、層触媒では、パラジウムが豊富であり、必要に応じてゼオライトを含有する「ヒートアップ」機能的コーティングが底層として存在し、白金が豊富であり、大きな酸化力を有するコーティングによって、頂層として完全に被覆されている。 A catalytically active coating (2) that is not in direct contact with the effluent exhaust gas is preferably applied directly to the vented honeycomb body and extends over the entire length of the component, as shown in FIG. The side is covered over the entire length of the component by a coating (1) that is in direct contact with the exhaust gas that flows out. This forms a two-layer catalyst or “layer catalyst”, which is rich in palladium, optionally with a “heat-up” functional coating containing zeolite as a bottom layer and rich in platinum. Yes, it is completely covered as a top layer by a coating with high oxidizing power.
さらに、本発明の触媒中で流出する排気ガスと直接接触しない触媒活性コーティング(2)が、流入側において構成要素の長さの5%〜50%のみにわたって延びて上流帯域を形成するように、通気ハニカム体に塗布されることができる。そして、流出する排気ガスと直接接触するコーティング(1)は、構成要素の残りの長さにわたって延びて、隣接する下流帯域を形成する。図1c)は、このような実施形態を「帯域触媒」として示している。帯域触媒の利点として、帯域の長さを、触媒が使用される組み合わせ式システムによって要求される性能特性に容易に合致させることができる。本発明の触媒として最初に粒子フィルタ、次いでSCR触媒が設けられると、正常運転の際にNO2によってすすが燃え尽きる結果として比較的高いNO2/NOX比(0.6〜0.9)が提供されることとなる。下流帯域は、通気ハニカム体の長さLの70%〜95%を被覆することができる。例えば、極めて多量の粒子が比較的低温の排気ガスで生成される商用車両の特別な運転特性のため、下流の粒子フィルタの頻繁な活性再生が必要になる場合には、上流の「ヒートアップ」コーティング帯域の長さを容易に通気ハニカム体の長さの40%〜50%にすることができる。 Furthermore, the catalytically active coating (2) that is not in direct contact with the exhaust gas flowing out in the catalyst of the present invention extends only 5% to 50% of the length of the component on the inflow side to form an upstream zone It can be applied to the ventilation honeycomb body. The coating (1), which is in direct contact with the effluent exhaust gas, then extends over the remaining length of the component to form an adjacent downstream zone. FIG. 1 c) shows such an embodiment as a “zone catalyst”. As an advantage of the zone catalyst, the zone length can be easily matched to the performance characteristics required by the combined system in which the catalyst is used. When the particle filter is first provided as the catalyst of the present invention, and then the SCR catalyst, the NO 2 / NO X ratio (0.6 to 0.9) is relatively high as a result of burning out soot by NO 2 during normal operation. Will be provided. The downstream zone can cover 70% to 95% of the length L of the ventilation honeycomb body. For example, the upstream “heat-up” may occur when frequent active regeneration of the downstream particle filter is required due to the special operating characteristics of commercial vehicles where a very large amount of particles is produced with relatively cool exhaust gases. The length of the coating zone can easily be 40% to 50% of the length of the ventilation honeycomb body.
本発明の触媒が「層触媒」として構成されるか「帯域触媒」として構成されるかにかかわらず、通気ハニカム体に直接塗布される(底)層又は上流帯域も、ベータ型ゼオライト、X型ゼオライト、Y型ゼオライト、モルデナイト、及びZSM−5ゼオライトからなる群から選択される1つ又はそれ以上のゼオライト化合物を含有し、ディーゼル排気ガス中に生ずる炭化水素に関して吸蔵作用を示すことが特に好都合である。上述のように、このゼオライトの付加が、一般にHCの変換、特に「ヒートアップ性能」の改善をもたらす。 Regardless of whether the catalyst of the present invention is configured as a “layer catalyst” or “zone catalyst”, the (bottom) layer or upstream zone applied directly to the vented honeycomb body is also a beta zeolite, X type It is particularly advantageous to contain one or more zeolite compounds selected from the group consisting of zeolites, Y-type zeolites, mordenites, and ZSM-5 zeolites and exhibit occlusion with respect to hydrocarbons produced in diesel exhaust gas. is there. As mentioned above, the addition of this zeolite generally results in improved HC conversion, particularly “heat up performance”.
本発明の触媒は、ディーゼルエンジンの排気ガスを浄化するための装置に使用するのに適している。このような装置は、特に好ましくは、ディーゼル粒子フィルタ及び/又は窒素酸化物の選択触媒還元のための触媒をさらに含有し、本発明の触媒が、ディーゼル粒子フィルタ及び/又は窒素酸化物の選択触媒還元のための触媒の上流に設置される。
本発明は、例えば以下の項目を提供する。
(項目1)
ディーゼルエンジンの排気ガスを浄化するための触媒であって、支持体(3)と、異なる組成を有し、一方(1)のみが流出する前記排気ガスと直接接触する2つの触媒活性コーティングとを含み、両方のコーティングが、白金族金属の白金(Pt)及びパラジウム(Pd)を触媒活性成分として含有し、前記流出する排気ガスと直接接触する前記コーティング(1)が、PdよりもPtをより多く含有している触媒において、
前記流出する排気ガスと直接接触する前記コーティング(1)が、前記流出する排気ガスと直接接触しない前記コーティング(2)よりも、より多くの全白金族金属量を含有することを特徴とする、触媒。
(項目2)
前記流出する排気ガスと直接接触する前記コーティング(1)が、前記流出する排気ガスと直接接触しない前記コーティング(2)の1.2倍〜2倍の白金族金属を含有することを特徴とする、項目1に記載の触媒。
(項目3)
前記流出する排気ガスと直接接触する前記コーティング(1)のPt:Pd重量比が、6:1に等しいか又はそれを上回ることを特徴とする、項目2に記載の触媒。
(項目4)
前記流出する排気ガスに直接接触しない前記コーティング(2)のPt:Pd重量比が、1:4〜2:1であることを特徴とする、項目2又は3に記載の触媒。
(項目5)
白金及び/又はパラジウムが、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム及び/又は酸化チタンでドープされた酸化アルミニウム、及びアルミニウム−珪素混合酸化物からなる群から選択される1つ又はそれ以上の高融点、高表面積支持酸化物上の両方の層に塗布されることを特徴とする、項目1〜4までのいずれか一項に記載の触媒。
(項目6)
両方の触媒活性コーティングが、支持体(3)としてのセラミック又は金属の通気ハニカム体に塗布されることを特徴とする、項目1〜5までのいずれか一項に記載の触媒。
(項目7)
前記流出する排気ガスと直接接触しない前記触媒活性コーティング(2)が、前記通気ハニカム体(3)に直接塗布され、前記構成要素の長さ全体にわたって延び、前記構成要素の長さ全体にわたって前記流出する排気ガスと直接接触する前記コーティング(1)によって、前記排気ガスの側が被覆されることを特徴とする、項目6に記載の触媒。
(項目8)
前記流出する排気ガスと直接接触しない前記触媒活性コーティング(2)が、前記通気ハニカム体(3)に塗布され、前記構成要素の長さの5%〜50%のみにわたって前記上流側に延びて上流帯域を形成し、前記流出する排気ガスと直接接触する前記コーティング(1)が、前記構成要素の残りの長さにわたって延びて隣接する下流帯域を形成することを特徴とする、項目6に記載の触媒。
(項目9)
前記通気ハニカム体又は前記上流帯域(2)に直接塗布される前記層(2)が、ベータ型ゼオライト、X型ゼオライト、Y型ゼオライト、モルデナイト及びZSM−5ゼオライトからなる群から選択される1つ又はそれ以上のゼオライト化合物をさらに含有し、前記ディーゼル排気ガスで発生する炭化水素に関して吸蔵作用を示すことを特徴とする、項目7又は8に記載の触媒。
(項目10)
項目1〜9のいずれか一項に記載の触媒を有する、ディーゼルエンジンの前記排気ガスを浄化するための装置。
(項目11)
項目1〜9のいずれか一項に記載の前記触媒が、ディーゼル粒子フィルタ及び/又は窒素酸化物の前記選択触媒還元のための触媒の上流に置かれていることを特徴とする項目10に記載の装置。
The catalyst of the present invention is suitable for use in an apparatus for purifying exhaust gas from a diesel engine. Such a device particularly preferably further comprises a catalyst for the selective catalytic reduction of diesel particulate filters and / or nitrogen oxides, the catalyst of the present invention being a diesel particulate filter and / or a selective catalyst for nitrogen oxides. Installed upstream of the catalyst for reduction.
For example, the present invention provides the following items.
(Item 1)
A catalyst for purifying exhaust gas of a diesel engine, comprising: a support (3); and two catalytically active coatings having different compositions, wherein one (1) is in direct contact with the exhaust gas flowing out. Both coatings contain the platinum group metals platinum (Pt) and palladium (Pd) as catalytically active components, and the coating (1) in direct contact with the effluent exhaust gas is more Pt than Pd. In a catalyst containing a lot,
The coating (1) in direct contact with the outflowing exhaust gas contains a greater amount of total platinum group metal than the coating (2) not in direct contact with the outflowing exhaust gas, catalyst.
(Item 2)
The coating (1) in direct contact with the outflowing exhaust gas contains 1.2 to 2 times as much platinum group metal as the coating (2) not in direct contact with the outflowing exhaust gas. The catalyst according to item 1.
(Item 3)
Catalyst according to item 2, characterized in that the Pt: Pd weight ratio of the coating (1) in direct contact with the effluent exhaust gas is equal to or greater than 6: 1.
(Item 4)
4. The catalyst according to item 2 or 3, characterized in that the coating (2) that does not directly contact the flowing exhaust gas has a Pt: Pd weight ratio of 1: 4 to 2: 1.
(Item 5)
One or more high melting point, high surface area supports wherein platinum and / or palladium are selected from the group consisting of aluminum oxide, aluminum oxide doped with zirconium oxide and / or titanium oxide, and aluminum-silicon mixed oxides 5. Catalyst according to any one of items 1 to 4, characterized in that it is applied to both layers on the oxide.
(Item 6)
6. Catalyst according to any one of items 1 to 5, characterized in that both catalytically active coatings are applied to a ceramic or metal vented honeycomb body as support (3).
(Item 7)
The catalytically active coating (2) that is not in direct contact with the effluent exhaust gas is applied directly to the vented honeycomb body (3) and extends over the entire length of the component and the effluent over the entire length of the component. 7. Catalyst according to item 6, characterized in that the exhaust gas side is covered by the coating (1) in direct contact with the exhaust gas that does.
(Item 8)
The catalytically active coating (2) that is not in direct contact with the outflowing exhaust gas is applied to the vented honeycomb body (3) and extends upstream to the upstream side over only 5% to 50% of the length of the component. Item 6. characterized in that the coating (1) forming a zone and in direct contact with the outgoing exhaust gas extends over the remaining length of the component to form an adjacent downstream zone. catalyst.
(Item 9)
The layer (2) applied directly to the vented honeycomb body or the upstream zone (2) is selected from the group consisting of beta zeolite, X zeolite, Y zeolite, mordenite and ZSM-5 zeolite 9. The catalyst according to item 7 or 8, further comprising a zeolitic compound or higher and exhibiting an occlusion action with respect to hydrocarbons generated in the diesel exhaust gas.
(Item 10)
An apparatus for purifying the exhaust gas of a diesel engine, comprising the catalyst according to any one of items 1 to 9.
(Item 11)
Item 10. The item according to item 10, characterized in that the catalyst according to any one of items 1 to 9 is placed upstream of the catalyst for the selective catalytic reduction of diesel particulate filters and / or nitrogen oxides. Equipment.
幾つかの図面及び例によって、本発明を以下に例示する。 The invention is illustrated below by means of several drawings and examples.
本発明による触媒と幾つかの比較触媒を製造した。この目的のため、直径266.7mm、長さ152.4mm、セル壁厚0.1651mmの62セル/cm2のセラミック製ハニカム体を、従来の浸漬法によって、後述する組成のコーティング懸濁液でコーティングした。コーティング懸濁液の塗布の後、ハニカム体を熱風ブロアで乾燥させ、500℃で熱処理した。 A catalyst according to the present invention and several comparative catalysts were prepared. For this purpose, a ceramic honeycomb body of 62 cells / cm 2 having a diameter of 266.7 mm, a length of 152.4 mm and a cell wall thickness of 0.1651 mm was coated with a coating suspension having the composition described later by a conventional dipping method. Coated. After application of the coating suspension, the honeycomb body was dried with a hot air blower and heat-treated at 500 ° C.
完成した触媒の触媒活性を、10.5リットルの固体容量を有するMAND2066コモンレール・ディーゼルエンジンを装備した機関試験台(ユーロ−IV)で試験した。試験台には、触媒の上流に温度測定点があり、触媒の上流及び下流に詳細な排気ガス分析用の設備があった。 The catalytic activity of the finished catalyst was tested on an engine test bench (Euro-IV) equipped with a MAND2066 common rail diesel engine with a solid volume of 10.5 liters. The test stand had a temperature measurement point upstream of the catalyst and detailed exhaust gas analysis equipment upstream and downstream of the catalyst.
試験前に、まず触媒を人工時効に供した。この目的のため、触媒を炉内で16時間の間、熱水雰囲気(空気中で10容積%のH2O及び10容積%のO2)において750℃の温度で吸蔵した。 Prior to testing, the catalyst was first subjected to artificial aging. For this purpose, the catalyst was occluded in a furnace for 16 hours in a hot water atmosphere (10% by volume H 2 O and 10% by volume O 2 in air) at a temperature of 750 ° C.
触媒のNO酸化性能を試験するため、「ライトオフ試験」を実施した。ここで、触媒を、規定された以下の条件、
回転速度:1100/分
トルク特性:0→2130Nm(時間=1800秒において)
2130Nm(時間=30秒間)
2130→0Nm(時間=1800秒において)
→触媒の上流の温度:115〜455℃
下で、浄化すべき排気ガス内で加熱する。
この間じゅう、触媒の上流と下流の排気ガス中のNO及びNO2の濃度を、化学発光検出器(CLD;AVL)によって1Hzの周波数で測定した。次いで、これらのデータから、以下の式によって温度の関数としてNO2収率を決定することができた。
ここで、
である。
In order to test the NO oxidation performance of the catalyst, a “light-off test” was performed. Here, the catalyst is subjected to the following specified conditions:
Rotational speed: 1100 / min Torque characteristics: 0 → 2130 Nm (Time = 1800 seconds)
2130 Nm (Time = 30 seconds)
2130-> 0 Nm (at time = 1800 seconds)
→ Temperature upstream of catalyst: 115-455 ° C
Below, heat in the exhaust gas to be purified.
During this time, the concentrations of NO and NO 2 in the exhaust gas upstream and downstream of the catalyst were measured with a chemiluminescence detector (CLD; AVL) at a frequency of 1 Hz. From these data, the NO 2 yield as a function of temperature could then be determined by the following equation:
here,
It is.
「ヒートアップ性能」を試験するため、以下の運転点を連続して設定した。 In order to test “heat-up performance”, the following operating points were set continuously.
酸化触媒をブレークスルーする残留炭化水素の割合を、水素炎イオン化検出器(FID、AVL)によって1Hzの測定周波数で容積ppmで決定した。 The fraction of residual hydrocarbons that breakthrough the oxidation catalyst was determined in ppm by volume with a measurement frequency of 1 Hz by a flame ionization detector (FID, AVL).
比較例1
活性層が1つのみの従来のディーゼル用酸化触媒を製造した。適当なコーティング懸濁液を生成するため、20重量%までのSiO2を含有する珪素−アルミニウム混合酸化物を、白金硝酸塩溶液及び硝酸パラジウム溶液で細孔が満たされるように含浸させ、乾燥させた。貴金属の熱固定の後、このようにして得られた粉末を水中で懸濁し、上述のようなセラミック製ハニカム体にかきまぜた後に加えた。ハニカム体の容積に基づき、乾燥及び焼成の後に完成した触媒CK1を含めた:
20重量%までのSiO2を含有する100g/lの珪素−アルミニウム混合酸化物
硝酸塩溶液からの0.681g/lの白金
硝酸塩溶液からの0.272g/lのパラジウム
Comparative Example 1
A conventional diesel oxidation catalyst with only one active layer was produced. In order to produce a suitable coating suspension, a silicon-aluminum mixed oxide containing up to 20% by weight of SiO 2 was impregnated with platinum nitrate solution and palladium nitrate solution to fill the pores and dried. . After heat setting of the noble metal, the powder thus obtained was suspended in water and added to the ceramic honeycomb body as described above. Based on the volume of the honeycomb body, the completed catalyst CK1 after drying and firing was included:
100 g / l silicon-aluminum mixed oxide containing up to 20% by weight of SiO 2 0.681 g / l platinum from nitrate solution 0.272 g / l palladium from nitrate solution
実施例1
全貴金属含有量及び白金−パラジウム比が比較例1のような従来のディーゼル用酸化触媒のものに対応している、本発明による触媒を製造した。
Example 1
A catalyst according to the present invention was prepared in which the total precious metal content and the platinum-palladium ratio corresponded to those of a conventional diesel oxidation catalyst as in Comparative Example 1.
この目的のため、まず、セラミック製ハニカム体に、完成した触媒の容積に基づき以下の組成を有する第1コーティングを設けた:
20重量%までのSiO2を含有する40g/lの珪素−アルミニウム混合酸化物
硝酸塩溶液からの0.204g/lの白金
硝酸塩溶液からの0.204g/lのパラジウム
15g/lの市販のベータ型ゼオライト
For this purpose, a ceramic honeycomb body was first provided with a first coating having the following composition based on the volume of the finished catalyst:
40 g / l silicon-aluminum mixed oxide containing up to 20 wt% SiO 2 0.204 g / l platinum from nitrate solution 0.204 g / l palladium from nitrate solution 15 g / l commercial beta type Zeolite
このコーティングは、完成した触媒の製造の後、流出する排気ガスと直接接触しないコーティングになった。 This coating became a coating that was not in direct contact with the exhaust gases that flowed out after production of the finished catalyst.
第1層の乾燥及び焼成の後、完成した触媒の容積に基づき、以下の組成を有する第2層を塗布した:
20重量%までのSiO2を含有する40g/lの珪素−アルミニウム混合酸化物
硝酸塩溶液からの0.477g/lの白金
硝酸塩溶液からの0.068g/lのパラジウム
After drying and calcining the first layer, a second layer having the following composition was applied based on the volume of the finished catalyst:
40 g / l silicon-aluminum mixed oxide containing up to 20 wt% SiO 2 0.477 g / l platinum from nitrate solution 0.068 g / l palladium from nitrate solution
このコーティングは、完成した触媒の製造の後、流出する排気ガスと直接接触するコーティングになる。その組成は、乾燥及び焼成の後の完成した触媒K1に基づいている。 This coating becomes a coating that comes into direct contact with the exhaust gas that flows out after production of the finished catalyst. Its composition is based on the finished catalyst K1 after drying and calcination.
図2は、従来技術による単一層触媒CK1と比較した本発明による触媒K1のNO2の収率を、触媒の上流の温度の関数として示している。本発明による触媒を使用して得られるNO2の収率は、同等の温度範囲において20%まで高い。 FIG. 2 shows the NO 2 yield of the catalyst K1 according to the invention as a function of the temperature upstream of the catalyst compared to the single-layer catalyst CK1 according to the prior art. The yield of NO 2 obtained using the catalyst according to the invention is as high as 20% in the same temperature range.
図3は、本発明による触媒K1及び従来技術による触媒CK1に対する「ヒートアップ試験」の上述の運転点において、触媒の下流で観測されたHCブレークスルーを示している。本発明による触媒は、試験した8箇所の運転点のうち6箇所において、従来技術による触媒CK1よりも著しく低いHCブレークスルーを示している。 FIG. 3 shows the HC breakthrough observed downstream of the catalyst at the above operating point of the “heat up test” for the catalyst K1 according to the invention and the catalyst CK1 according to the prior art. The catalyst according to the invention exhibits a significantly lower HC breakthrough than the prior art catalyst CK1 at 6 of the 8 operating points tested.
2つの比較触媒CK2、CK3を利用して、本発明による触媒中に存在する2つのコーティングの機能性を互いに別個に調べた。 Utilizing two comparative catalysts CK2, CK3, the functionality of the two coatings present in the catalyst according to the invention was investigated separately from each other.
比較触媒2
セラミック製ハニカム体に、完成した触媒CK2の容積に基づき、以下の組成を有するコーティングを設けた:
20重量%までのSiO2を含有する40g/lの珪素−アルミニウム混合酸化物
硝酸塩溶液からの0.204g/lの白金
硝酸塩溶液からの0.204g/lのパラジウム
15g/lの市販のベータ型ゼオライト
Comparative catalyst 2
The ceramic honeycomb body was provided with a coating having the following composition based on the volume of the finished catalyst CK2:
40 g / l silicon-aluminum mixed oxide containing up to 20 wt% SiO 2 0.204 g / l platinum from nitrate solution 0.204 g / l palladium from nitrate solution 15 g / l commercial beta type Zeolite
このコーティングは、流出する排気ガスと直接接触しない実施例1の触媒K1の底部コーティングに対応している。 This coating corresponds to the bottom coating of the catalyst K1 of Example 1 which is not in direct contact with the exhaust gas flowing out.
比較触媒3
セラミック製ハニカム体に、完成した触媒CK3の容積に基づき、以下の組成を有するコーティングを設けた:
20重量%までのSiO2を含有する40g/lの珪素−アルミニウム混合酸化物
硝酸塩溶液からの0.477g/lの白金
硝酸塩溶液からの0.068g/lのパラジウム
Comparative catalyst 3
The ceramic honeycomb body was provided with a coating having the following composition based on the volume of the finished catalyst CK3:
40 g / l silicon-aluminum mixed oxide containing up to 20 wt% SiO 2 0.477 g / l platinum from nitrate solution 0.068 g / l palladium from nitrate solution
このコーティングは、流出する排気ガスと直接接触する実施例1の触媒K1の頂部コーティングに対応している。 This coating corresponds to the top coating of catalyst K1 of Example 1 in direct contact with the effluent exhaust gas.
図4は、触媒CK2及びCK3におけるNO2の収率を示している。明らかなように、本発明による触媒K1において流出する排気ガスと直接接触するコーティングに対応する触媒CK3は、流出する排気ガスと直接接触しないコーティングに対応する触媒CK2よりも著しく高いNO2の収率を提供する。 FIG. 4 shows the yield of NO 2 in the catalysts CK2 and CK3. As is apparent, the catalyst CK3 corresponding to the coating in direct contact with the exhaust gas flowing out in the catalyst K1 according to the present invention has a significantly higher NO 2 yield than the catalyst CK2 corresponding to the coating not in direct contact with the exhaust gas flowing out. I will provide a.
図5は、両方の層に対して同等である触媒CK2及びCK3によるHCブレークスルーを示している。図2における本発明の触媒K1のHCブレークスルーと比較すると、より興味深い:図3に示されるように、各々自体は特に良好な「ヒートアップ性能」を示さない2つのコーティングが組み合わされて本発明による触媒を形成する場合には、そのようにして得られる触媒におけるHCブレークスルーは、本発明による2層の三次元配列のケースでは劇的に減少する。極めて高いHC処理量が発生する運転点6、7及び8のところで、HCブレークスルーは、個々の層に特有の3000〜3500容積ppmから、運転点6、8における1000容積ppm未満、及び運転点7における1500容積ppm未満まで減少する。この効果は、それぞれの機能的コーティングの個々の性能から見ると、それ自体としては予想されるものではない。その理由は、パラジウムを多量に含み、流出する排気ガスと直接接触しないコーティングと、流出する排気ガスと直接接触する第2のコーティングとの相乗効果的な相互作用である。流出する排気ガスは、より高い酸化力を有するコーティングに通される。その結果、「ヒートアップコーティング」単独では変換されることができず又はあまりにも早く脱着されてきた残留炭化水素が酸化される。これにより、本発明の触媒によるHCブレークスルーの顕著な減少、従って優れた「ヒートアップ性能」が得られる。 FIG. 5 shows HC breakthrough with catalysts CK2 and CK3 which are equivalent for both layers. More interesting when compared to the HC breakthrough of the catalyst K1 of the present invention in FIG. 2: As shown in FIG. 3, the present invention is combined with two coatings that each do not exhibit particularly good “heat-up performance” In the case of forming a catalyst according to HC, the HC breakthrough in the catalyst thus obtained is dramatically reduced in the case of a two-layer three-dimensional arrangement according to the invention. At operating points 6, 7 and 8 where very high HC throughput occurs, the HC breakthrough ranges from 3000 to 3500 ppm by volume specific to the individual layers, less than 1000 ppm by volume at operating points 6 and 8, and 7 to less than 1500 ppm by volume. This effect is not to be expected as such in terms of the individual performance of each functional coating. The reason is the synergistic interaction between the coating that contains a large amount of palladium and does not come into direct contact with the exhaust gas that flows out, and the second coating that comes into direct contact with the exhaust gas that flows out. Outflowing exhaust gas is passed through a coating with higher oxidizing power. As a result, residual hydrocarbons that cannot be converted by "heat-up coating" alone or have been desorbed too quickly are oxidized. This provides a significant reduction in HC breakthrough with the catalyst of the present invention, and thus excellent “heat up performance”.
本発明による2つの触媒K2、K3は、流出する排気ガスと直接接触しないコーティングにおいて付加的なゼオライトの影響を明瞭に示している。 The two catalysts K2, K3 according to the invention clearly show the influence of the additional zeolite in a coating that is not in direct contact with the exhaust gas that flows out.
実施例2
実施例1に記載された手順と類似した手順を使用して、2つの重ね合わされた層を有し、以下の組成を有する本発明の触媒K2を製造した:
第1層=底層=流出する排気ガスと直接接触しないコーティング:
20重量%までのSiO2を含有する92g/lの珪素−アルミニウム混合酸化物
硝酸塩溶液からの0.302g/lの白金
硝酸塩溶液からの0.302g/lのパラジウム
第2層=頂層=流出する排気ガスと直接接触するコーティング:
20重量%までのSiO2を含有する45g/lの珪素−アルミニウム混合酸化物
硝酸塩溶液からの0.706g/lの白金
硝酸塩溶液からの0.101g/lのパラジウム
Example 2
Using a procedure similar to that described in Example 1, an inventive catalyst K2 having two superimposed layers and having the following composition was prepared:
First layer = bottom layer = coating not in direct contact with outflowing exhaust gas:
92 g / l silicon-aluminum mixed oxide containing up to 20 wt% SiO 2 0.302 g / l platinum from nitrate solution 0.302 g / l palladium from nitrate solution Second layer = top layer = outflow Coating in direct contact with exhaust gas:
45 g / l silicon-aluminum mixed oxide containing up to 20 wt% SiO 2 0.706 g / l platinum from nitrate solution 0.101 g / l palladium from nitrate solution
実施例3
実施例1に記載された手順と類似した手順を使用して、2つの重ね合わされた層を有し、以下の組成を有する本発明の触媒K2を製造した:
第1層=底層=流出する排気ガスと直接接触しないコーティング:
20重量%までのSiO2を含有する40g/lの珪素−アルミニウム混合酸化物
硝酸塩溶液からの0.303g/lの白金
硝酸塩溶液からの0.303g/lのパラジウム
15g/lの市販のベータ型ゼオライト
第2層=頂層=流出する排気ガスと直接接触するコーティング:
20重量%までのSiO2を含有する45g/lの珪素−アルミニウム混合酸化物
硝酸塩溶液からの0.706g/lの白金
硝酸塩溶液からの0.101g/lのパラジウム
Example 3
Using a procedure similar to that described in Example 1, an inventive catalyst K2 having two superimposed layers and having the following composition was prepared:
First layer = bottom layer = coating not in direct contact with outflowing exhaust gas:
40 g / l silicon-aluminum mixed oxide containing up to 20 wt% SiO 2 0.303 g / l platinum from nitrate solution 0.303 g / l palladium from nitrate solution 15 g / l commercial beta Zeolite second layer = top layer = coating in direct contact with effluent exhaust gas:
45 g / l silicon-aluminum mixed oxide containing up to 20 wt% SiO 2 0.706 g / l platinum from nitrate solution 0.101 g / l palladium from nitrate solution
図6に示されるように、流出する排気ガスと直接接触しないコーティングにおけるゼオライトの付加は、触媒のNO2の収率に関して著しい影響を及ぼさない。 As shown in FIG. 6, the addition of zeolite in the coating that is not in direct contact with the effluent exhaust gas has no significant effect on the NO 2 yield of the catalyst.
しかしながら、図7に示されるように、ゼオライトのこのような付加は、触媒によるHCブレークスルーを著しく減少させ、かくして触媒の「ヒートアップ性能」に非常に肯定的な影響を有する。 However, as shown in FIG. 7, such addition of zeolite significantly reduces the HC breakthrough by the catalyst and thus has a very positive impact on the “heat up performance” of the catalyst.
さらに、機能的層の三次元配列が、触媒の性能に関してどのような基礎的な影響を有するかを調べた。この目的のため、2つの別の比較触媒を製造した: Furthermore, it was investigated what fundamental effect the three-dimensional arrangement of functional layers has on catalyst performance. For this purpose, two other comparative catalysts were produced:
比較例4
実施例1に記載された手順と類似した手順を使用して、完成した触媒の容積に基づき、以下の組成を有する2層の比較触媒CK4を製造した:
第1層=底層=流出する排気ガスと直接接触しないコーティング:
20重量%までのSiO2を含有する40g/lの珪素−アルミニウム混合酸化物
硝酸塩溶液からの0.681g/lの白金
硝酸塩溶液からの0.068g/lのパラジウム
第2層=頂層=流出する排気ガスと直接接触するコーティング:
20重量%までのSiO2を含有する40g/lの珪素−アルミニウム混合酸化物
硝酸塩溶液からの0.204g/lのパラジウム
15g/lの市販のベータ型ゼオライト
Comparative Example 4
A procedure similar to that described in Example 1 was used to produce a two-layer comparative catalyst CK4 having the following composition based on the volume of the finished catalyst:
First layer = bottom layer = coating not in direct contact with outflowing exhaust gas:
40 g / l silicon-aluminum mixed oxide containing up to 20 wt% SiO 2 0.681 g / l platinum from nitrate solution 0.068 g / l palladium from nitrate solution Second layer = top layer = outflow Coating in direct contact with exhaust gas:
40 g / l silicon-aluminum mixed oxide containing up to 20 wt% SiO 2 0.204 g / l palladium from nitrate solution 15 g / l commercial beta zeolite
比較例5
実施例1に記載された手順と類似した手順を使用して、完成した触媒の容積に基づき、以下の組成を有する2層の比較触媒CK5を製造した:
第1層=底層=流出する排気ガスと直接接触しないコーティング:
20重量%までのSiO2を含有する40g/lの珪素−アルミニウム混合酸化物
硝酸塩溶液からの0.204g/lのパラジウム
15g/lの市販のベータ型ゼオライト
第2層=頂層=流出する排気ガスと直接接触するコーティング:
20重量%までのSiO2を含有する40g/lの珪素−アルミニウム混合酸化物
硝酸塩溶液からの0.681g/lの白金
硝酸塩溶液からの0.068g/lのパラジウム
Comparative Example 5
A procedure similar to that described in Example 1 was used to produce a two layer comparative catalyst CK5 having the following composition based on the volume of the finished catalyst:
First layer = bottom layer = coating not in direct contact with outflowing exhaust gas:
40 g / l silicon-aluminum mixed oxide containing up to 20 wt% SiO 2 0.204 g / l palladium from nitrate solution 15 g / l commercial beta zeolite Second layer = top layer = outflowing exhaust gas Coating in direct contact with:
40 g / l silicon-aluminum mixed oxide containing up to 20 wt% SiO 2 0.681 g / l platinum from nitrate solution 0.068 g / l palladium from nitrate solution
図8は、触媒CK4、CK5におけるNO2の収率を示している。図8に明瞭に示されるように、流出する排気ガスと接触しないコーティングのような、より大きな酸化力を有するゼオライトを含まないコーティングの構成は、触媒のNO酸化力に関して著しい悪影響を有する。 FIG. 8 shows the yield of NO 2 in the catalysts CK4 and CK5. As clearly shown in FIG. 8, the construction of coatings that do not contain zeolite with greater oxidizing power, such as coatings that do not come into contact with the effluent exhaust gas, have a significant adverse effect on the NO oxidizing power of the catalyst.
Claims (8)
前記流出する排気ガスと直接接触する前記コーティング(1)が、前記流出する排気ガスと直接接触しないコーティング(2)よりも、重量でより多くの全白金族金属量を含有し、ここで、前記流出する排気ガスと直接接触する前記コーティング(1)のPt:Pd重量比が、6:1に等しいか又はそれを上回ることを特徴とする、触媒。 Catalyst for purifying exhaust gas of a diesel engine, two catalytically active coatings having a different composition from the support (3) and in direct contact with the exhaust gas from which only one coating (1) flows out Both coatings contain the platinum group metals platinum (Pt) and palladium (Pd) as catalytically active components, and the coating (1) in direct contact with the effluent exhaust gas is more Pt than Pd. In the catalyst containing more
Wherein the coating in direct contact with the exhaust gas flowing out (1) than said outlet for exhausting gas in direct contact with no co Computing (2), containing more total platinum group metal weight in weight, where, Catalyst characterized in that the Pt: Pd weight ratio of the coating (1) in direct contact with the effluent exhaust gas is equal to or greater than 6: 1.
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